Los asfaltenos, los crudos pesados y la petroleómica

Asphaltenes, Heavy Oils, and Petroleomics, coeditado por Oliver Mullins, defensor del dominio de registros de yacimientos de Schlumberger y asesor científico basado en Houston; Eric Y. Sheu, Asesor de Ciencias, Laboratorio Lawrence Livermore, California; Ahmed Hammami, Director de Nuevas Operaciones de Schlumberger, Advanced Technology Centre, Edmonton; y Alan G. Marshall, profesor de Química, Florida State University, está siendo publicado este mes por Springer Publishing.

En esta entrevista, Mullins explica cómo él y sus socios visualizan usar el "petroleoma" del petróleo crudo para abordar los problemas de los yacimientos.

P: ¿Cuál es el significado de la "petroleomia"?

R: La petroleomia es un nuevo campo que yo y mis colegas coeditores estamos lanzando con esta publicación. "Para comprender la función, hay que estudiar la estructura," manifestó Francis Crick, ganador del Premio Nóbel por revelar la estructura química del ADN, un descubrimiento que desembocó en la genomia. Visualizamos que la petroleomia es para el petróleo lo que la genomia es para la ciencia médica. En pocas palabras, la medicina tradicionalmente trata a los pacientes basada en los síntomas, y la visión de la genomia es pronosticar y tratar problemas médicos incluso antes de que aparezcan los síntomas. De manera similar, la ciencia del petróleo ha sido fenomenológica. El establecimiento de las relaciones entre estructura y función ha sido ignorado en la ciencia del petróleo porque nadie conocía la estructura química del petróleo.

Todo esto está empezando a cambiar. La petroleomia promete la habilidad de pronosticar las propiedades del petróleo basada en el fundamento de elucidar la química de todos los constituyentes en un petróleo crudo. Además, en este libro demostramos cómo el Análisis de Fluidos en el Fondo del Pozo (que es una nueva línea de productos de Schlumberger) explota la química del petróleo para comprender la arquitectura del yacimiento.

P: ¿Qué constituye un petroleoma?

R: El petroleoma es la enumeración completa de todos los constituyentes químicos en un hidrocarburo crudo, se podría decir que es el "genoma" de un hidrocarburo crudo. Ho ha existido debate alguno sobre la importancia de comprender la luz y la química. ¿Tiene mi crudo H₂S, CO₂? Estas son cuestiones específicamente químicas de gran preocupación. Sin embargo, para las fracciones pesadas, no ha existido consenso sobre cuál es la química.

En este libro, demostramos que la química de las fracciones pesadas está ahora prácticamente resuelta, un importante avance. Además, demostramos la evolución del petroleoma, que consiste en ~ 40 000 constituyentes químicos. Lograr descifrar el petroleoma es ahora posible con la llegada de la espectroscopia masiva de ultra alta resolución coinventada por uno de mis coeditores, el Profesor Alan Marshall, también utilizando la ionización de rociado electrónico [Electro-Spray ionization (ESI)], inventada por John Fenn, quien ganó el Premio Nóbel en 2002.

P: ¿Existe un "Proyecto Global de Petroleoma", similar al Proyecto del Genoma Humano?

R: Excelente pregunta. En estos momentos hay muchas partes interesadas en la periferia. Cuando lanzamos la petroleomia por primera vez, muchos se mostraron escépticos con la idea. El análisis de las fracciones pesadas había sido considerado inextricable. Nuestro laboratorio ha demostrado que las fracciones pesadas no son tan complicadas como se pensaba inicialmente. Estos resultados están siendo confirmados en laboratorios por todo el mundo y están documentados en nuestro libro. Ahora, la petroleomia está siendo tomada con mucha más seriedad.

De todos modos, todavía es necesario que ocurra una importante novedad. Por mucho, los mayores problemas en las operaciones de hidrocarburos corriente arriba están relacionados con el yacimiento. ¿Cuál es la arquitectura del yacimiento? ¿Qué resultaría de barrer las zonas de transición extendida en yacimientos gigantescos?  Pero la comunidad activa en la química del petróleo ha centrado su atención en asegurar el flujo, por supuesto un problema significativo, pero uno que se queda en segundo plano comparado con los problemas del yacimiento. Estamos vinculando las novedades químicas de vanguardia con el yacimiento mediante el Análisis de Fluidos por el Fondo del Pozo (DFA). Una vez que demostremos la aplicación de la química avanzada a los problemas del yacimiento, las operadoras se adaptarán en un plazo razonable. Por ejemplo, un ingeniero superior de yacimientos con una importante operadora recientemente manifestó que le empleo del DFA para mapear los fluidos del yacimiento debería ser tan común como el registro de rayos gamma para la estratigrafía (que es realizado en todos los pozos). Cuando los avances de la ciencia y tecnología contribuyen a resolver los mayores problemas del sector, la aceptación es rápida.

P: Se sabe ya mucho sobre la estructura química del crudo y sobre su comportamiento… ¿Cómo cambiaría la petroleomia la manera en que abordamos los problemas del yacimiento?

R: La clave es vincular la petroleomia con el yacimiento mediante el DFA. Por ejemplo, recientemente demostramos en un yacimiento que 1) tenemos una gradiente gravitacional de asfalteno, 2) los asfaltenos están presentes en el crudo como nanoagregados, 3) en contraste con una presunción de 70 años en la ciencia petrolera, las resinas NO están asociadas con este asfalteno coloidal, y 4) nuevos pozos perforados en los yacimientos más grandes del campo tienen que mostrar la misma gradiente. Ninguno de estos preceptos era conocido en la literatura o bibliografía antes de este estudio de yacimientos. De hecho, la existencia de asfaltenos nanoagregados en un sistema de modelo fue establecida por primera vez en nuestro laboratorio en 2005. Ahora un estudio de yacimientos ha elucidado por primera vez las características coloidales del asfalteno en un crudo. El artículo cuarto en la lista arriba aborda el mayor concepto desconocido en esta novedad de dólares multibillonarios: la conectividad del yacimiento.

P: Su área de experiencia es los asfaltenos. ¿Cómo avanza este libro los conocimientos ya establecidos en la literatura sobre este tema?

R: He tenido suerte de contar con expertos estudiantes en mi laboratorio además de colaboradores en universidades, laboratorios nacionales, y empresas operadoras por el mundo. El trabajo más citado de mi laboratorio resolvió que el peso molecular de los asfaltenos es relativamente pequeño. Putativamente las universidades punteras cometieron errores en esta cuestión hasta un factor de un millón. Además, nosotros fuimos los primeros que demostramos que los asfaltenos forman coloides nanoaggregados. Demostramos que durante 10 años la literatura técnica estaba incorrecta por un factor de 10.  Y recientemente dejamos claro que el paradigma de 70 años sobre la asociación de la resina y el asfalteno es incorrecto. Cuando este libro sea circulado, creo que nos percibirán como la Aguja Espacial de Seattle en una tormenta de rayos, habremos disparado aquí la controversia.

P: Explique algo más la importancia del Análisis de Fluidos en el Fondo del Pozo para la petroleomia.

R: Es el vínculo entre nuestros conocimientos de los asfaltenos y el DFA que permitirá a la petroleomia florecer. Es mejor vincular  las novedades de los descubrimientos científicos con descubrimientos tecnológicos para fomentar un cambio real. El DFA es una tecnología de rápido crecimiento, y sin embargo el único proveedor es Schlumberger. El DFA está repercutiendo en el yacimiento y aquí es donde reside la mayor incertidumbre. Por ejemplo, un yacimiento puede ser como una esponja de cocina donde todos los espacios están conectados, o como una bobina de plástico de envase con burbujas, donde las células no están conectadas. La técnica sísmica no puede distinguir la diferencia. Las mediciones cerca del orificio del pozo no revelan la diferencia. La comunicación de presión puede ser establecida en tiempo geológico por lo que no prueba la comunicación de flujo. Se necesitan nuevas soluciones.

El DFA ha encontrado compartimentos encontrando inversiones de la densidad de los fluidos, es decir, fluidos de densidad más alta en la zona más superior/alta de la columna. El DFA ha identificado sorpresas en la estructura del yacimiento que son entonces resueltas poniendo en marcha más mediciones de DFA. Las decisiones afectadas pueden superar los $10 billones de inversión. Esto atrae la atención de todo el mundo.

Todo descubrimiento del DFA respecto a los fluidos del yacimiento tiene que ser colocados en el contexto de la ciencia del petróleo. ¿Son las interpretaciones del DFA consistentes con el fundamento de la ciencia del petróleo?  Este será un proceso en evolución. Como nuestra visión penetra los oscurecidos misterios del petróleo, nuevas interrogantes saldrán a la luz. En tanto que el DFA incrusta estas cuestiones en el yacimiento, la presión para encontrar soluciones será inmensa.

P: ¿Quiénes son sus lectores claves de este libro?

R: Hemos intentado ofrecer una visión sobre cómo la comprensión de la ciencia del petróleo prepara el terreno para la utilización óptima del recurso en todas las esferas. La producción de hidrocarburos, la mejora de hidrocarburos, el transporte de hidrocarburos y la manipulación de materias básicas de hidrocarburos. Esto implica dólares multitrillonarios anuales. Además, el capitulo 1 está escrito para el lector no especializado. Intentamos explicar la importancia de la ciencia y tecnología del petróleo dentro del contexto de comprender otras propiedades materiales. Por ejemplo, comparamos la ciencia del petróleo con la ciencia de comprender otro líquido de interés en la tierra: ¡ el agua !

P: ¿Cuál sería su mensaje en último término a la comunidad científica? ¿A la industria del crudo y gas?

R: a los científicos les gusta revelar las verdades de la naturaleza; esta es nuestra pasión y nuestro desafío.  La ciencia es cara y exige recursos importantes de la sociedad. Como tal, debemos resolver problemas grandes, y esto a menudo requiere que ampliemos nuestro alcance más allá de la zona de confort para abordar lo que parece desconocido.
La petroleomia es una visión cuyo momento ya ha llegado. Los fundamentos de la estructura molecular de los asfaltenos ya están resueltos; la jerarquía de la estructura coloidal del petróleo está siendo revelada. Ahora estamos envalentonados para abordar problemas enormes, particularmente a través del DFA. La ciencia del petróleo está ahora lista para unirse al panteón de otras especialidades científicas que cumplen el axioma de Francis Crick, "para comprender la función, hay que estudiar la estructura."
La industria de hidrocarburos y gas tiene la fama, en mi opinión no merecida, de ser lenta y conservadora. De hecho, la industria de hidrocarburos y gas ensaya y utiliza rápidamente las nuevas tecnologías. De todos modos, para una explotación óptima de las últimas novedades, necesitamos una asociación de personas visionarias en ambas compañías operadoras y de servicios para enfocarse sobre los objetivos generales de producción. No podemos ser impedidos por relaciones arcaicas y antagonistas. De esta manera, todos nos beneficiamos de la nueva ciencia y tecnología.

Asphaltenes, Heavy Oils, and Petroleomics, (2007, XXI, 669 p., 401 ilus., tapa dura) puede ser pedido en línea a Springer Publishing.